在物理學中，粒子是具有物理特性（比如質(zhì)量或體積）的小型物質(zhì)。而我們無限的宇宙正是由這些毫不起眼的物質(zhì)組成的。
因此，粒子十分值得研究人員來研究。麻省理工學院、哥倫比亞大學、康奈爾大學和哈佛大學的研究人員在他們的合作機器人系統(tǒng)中命名機器人為“粒子”。
最近，《自然》雜志中的一篇文章提出了一種概念：小型機器人的合作系統(tǒng)也能夠完成復(fù)雜的工作，即使系統(tǒng)中的每個組件在計算中都不復(fù)雜。這是自動化分支中的群體機器人的核心理論。盡管它在很大程度上還是研究型大學的研究范圍，但是在未來，機器人維修，國防、農(nóng)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施檢查等部門也要依靠成群的小型廉價機器人在環(huán)境中工作，完成單個機器人永遠無法完成的任務(wù)。
粒子機器人的研究人員的靈感是來自于吸引和排斥的原理。每個粒子都是圓盤狀的，并通過磁鐵與其周圍的其他粒子松散地連接。即單個粒子可以遠離周圍的粒子或靠近它們。
粒子機器人
圖片來源：Felice Frankel
但是，這個簡單的動作掩蓋了集群可以作為一個整體，從而執(zhí)行令人難以置信的多樣的任務(wù)。就像一群螞蟻一樣，粒子機器人可以以它們的方式拾取和運輸物體。它們還可以像水流過湍急的河流中的障礙物一樣，KUKA機器人示教器維修，在物體周圍無縫地導(dǎo)航物體，這可是單個大型機器人無法做到的事情。
MIT的計算機科學與人工智能實驗室（CSAIL）的主任Daniela Rus和電子工程與計算機科學系A(chǔ)ndrew與Erna Viterbi教授說：“我們所擁有的小型機器人單元并不像個體機器人那么強大能干，但可以作為一個團隊完成很多工作。機器人本身是靜態(tài)的，但當它與其他粒子機器人連接時，機器人集體可以開始探索世界并控制更復(fù)雜的動作。通過這些機器人單元，粒子機器人可以實現(xiàn)不同的形狀配置，整體轉(zhuǎn)換，整體行動。這是非常強大的。”
在《自然》雜志的這篇文章中，研究人員展示了多達十萬個粒子的模擬使用場景。這個團隊還使用了一組較小的十幾個真實粒子來展示這個概念。
和Rus一起寫這篇文章的有：第一作者CSAIL博士后Shuguang Li；共同第一作者Richa Batra和通訊作者Hod Lipson（兩人都是哥倫比亞大學工程學院的）；康奈爾大學的David Brown，Hyun-Dong Chang和Nikhil Ranganathan；以及哈佛大學的Chuck Hoberman。
每個粒子的圓柱形底座都裝有電池和小型電機，以及光傳感器和微控制器。粒子之間不直接相互通信，這是系統(tǒng)的優(yōu)點之一。將新粒子添加到系統(tǒng)中，并將其他粒子拿走，也不會影響周圍粒子的性能。
當集體內(nèi)的單個粒子收到指令要何時收縮或膨脹時，這個系統(tǒng)就開始起作用了。通過正確的序列，整個組開始波動并移動。在這種情況下，庫卡機器人何服電機維修，微型機器人上的光傳感器將集體移向光源。通過比較離光源較近的粒子和離光源較遠的粒子感知到的光強度，粒子簇能夠得到準確的定位，然后整個系統(tǒng)開始收縮或膨脹。
Li說：“這就產(chǎn)生了一種機械的收縮-膨脹波——一種協(xié)調(diào)的推拉運動，它能使大型的機器人集群靠近或遠離環(huán)境刺激。關(guān)鍵是粒子間共享的同步時鐘的精確定時，這樣能使集群盡可能高效地進行移動。如果弄亂了同步時鐘，系統(tǒng)的工作效率就會降低。”
雖然這個技術(shù)還沒有被直接應(yīng)用，但可能的未來用例會包括建筑業(yè)、材料處理和檢查。這個項目的下一步是使粒子更小型化，以便部署數(shù)十萬甚至數(shù)百萬個粒子，從而成為機器人。